Uv-vis
Espectrofotometría
La luz se puede explicar como un
conjunto de radiaciones que se mueven por todo el espacio. Aquellas detectables
por nuestro ojo corresponden a la luz visible, pero la mayoría son invisibles
para nosotros. Estas radiaciones se pueden describir como partículas y como 57
ondas. La descripción de onda se basa en que la luz son campos eléctricos y
magnéticos que oscilan perpendicularmente a la dirección de traslación por el
espacio dando lugar a ondas transversales. Una radiación electromagnética
(cualquier fenómeno ondulatorio)
Frecuencia
(v): Se denomina frecuencia al número de oscilaciones completas que realiza la
onda por segundo.
El
conjunto de radiaciones electromagnéticas se llama espectro electromagnético,
en donde son agrupados para conocer sus propiedades. El espectro
electromagnético se divide en 58 segmentos o bandas clasificadas por la
longitud de onda: ondas de radio, microondas, infrarroja, región visible (que
percibimos como luz), rayos ultravioletas, rayos X y rayos gamma, en la figura 1 se muestran las zonas del espectro según la clasificación.
La espectroscopia UV-Vis es una técnica analítica que mide la cantidad de longitudes de onda discretas de luz UV o visible que son absorbidas o transmitidas a través de una muestra en comparación con una muestra de referencia o en blanco. Esta propiedad está influenciada por la composición de la muestra, lo que potencialmente proporciona información sobre lo que hay en la muestra y en qué concentración. Dado que esta técnica de espectroscopia se basa en el uso de luz, consideremos primero las propiedades de la luz.
La luz tiene una cierta cantidad de energía que es inversamente proporcional a su longitud de onda. Por lo tanto, las longitudes de onda de luz más cortas transportan más energía y las longitudes de onda más largas transportan menos energía. Se necesita una cantidad específica de energía para promover los electrones de una sustancia a un estado de energía superior que podemos detectar como absorción. Los electrones en diferentes entornos de enlace en una sustancia requieren una cantidad específica diferente de energía para promover los electrones a un estado de mayor energía. Esta es la razón por la que la absorción de luz se produce para diferentes longitudes de onda en diferentes sustancias. Los humanos somos capaces de ver un espectro de luz visible, desde aproximadamente 380 nm, que vemos como violeta, hasta 780 nm, que vemos como rojo. 1 La luz ultravioleta tiene longitudes de onda más cortas que las de la luz visible, aproximadamente 100 nm. Por lo tanto, la luz se puede describir por su longitud de onda, lo que puede ser útil en espectroscopia UV-Vis para analizar o identificar diferentes sustancias localizando las longitudes de onda específicas correspondientes a la absorbancia máxima (Tom, 2021).
Si bien existen muchas variaciones en el espectrofotómetro UV-Vis, para comprender mejor cómo funciona un espectrofotómetro UV-Vis, consideremos los componentes principales, que se muestran en la Figura 2.
Fuente de luz
En espectroscopía UV-Vis, se requiere una fuente de luz
estable capaz de emitir una amplia gama de longitudes de onda. Las lámparas de
xenón son comunes para el rango UV y visible, pero son costosas y menos
estables comparadas con las lámparas de tungsteno y halógenas. Para
instrumentos con dos lámparas, se usa una de tungsteno o halógena para luz
visible y una de deuterio para luz UV. Durante la medición, el instrumento
cambia de fuente entre 300 y 350 nm para asegurar una transición suave.
Selección de longitud de onda
Es crucial seleccionar longitudes de onda específicas
adecuadas para la muestra a analizar. Los métodos incluyen:
2. Filtros:
- Filtros de
absorción: Absorben ciertas longitudes de onda.
- Filtros de
interferencia: Eliminan longitudes de onda no deseadas mediante interferencias
destructivas.
- Filtros de corte:
Permiten el paso de longitudes de onda por debajo o por encima de un umbral.
- Filtros de paso
de banda: Combinan filtros de paso corto y largo para permitir un rango
específico de longitudes de onda.
La luz pasa a través de una muestra, y es vital medir una
muestra de referencia (muestra en blanco) para obtener valores de absorbancia
precisos. El material de la cubeta es crucial: se prefiere cuarzo para estudios
UV porque el vidrio y el plástico absorben la luz UV. Para mediciones por
debajo de 200 nm, se requiere un sistema óptico con gas argón puro.
Tras pasar la muestra, un detector convierte la luz en una
señal electrónica. Los detectores pueden ser de:
1. Revestimiento fotoeléctrico: Utiliza tubos fotomultiplicadores (PMT) que multiplican electrones expulsados por la luz para generar una corriente eléctrica proporcional a la intensidad de la luz.
2. Semiconductores: Fotodiodos y dispositivos de carga
acoplada (CCD) generan corriente eléctrica al ser expuestos a la luz.
La señal generada se envía a una computadora o pantalla para
su interpretación.
Análisis de espectroscopia UV-Vis, espectro de absorción y
unidades de absorbancia.
La información de la espectroscopia UV-Vis se puede presentar como un gráfico de absorbancia, densidad óptica o transmitancia en función de la longitud de onda. Sin embargo, la información se presenta más a menudo como un gráfico de absorbancia en el eje y vertical y longitud de onda en el eje x horizontal . Este gráfico suele denominarse espectro de absorción; se muestra un ejemplo en la Figura 3.
Figura 3: Un ejemplo de espectro de absorción tomado de un espectrofotómetro UV-Vis. La muestra examinada era hemoglobina caducada disuelta en tampón fosfato de pH neutro. Crédito: Dr. Justin Tom
Con base en la instrumentación del espectrofotómetro UV-Vis revisada en la sección anterior de este artículo, se puede esperar razonablemente que la intensidad de la luz esté relacionada cuantitativamente con la cantidad de luz absorbida por la muestra.
La absorbancia ( A ) es igual al logaritmo de una fracción que involucra la intensidad de la luz antes de pasar por la muestra ( I o ) dividida por la intensidad de la luz después de pasar por la muestra ( I ). La fracción I dividida por I o también se llama transmitancia ( T ), que expresa cuánta luz ha pasado a través de una muestra. Sin embargo, la ley de Beer-Lambert se aplica a menudo para obtener la concentración de la muestra ( c ) después de medir la absorbancia ( A ) cuando se conocen la absortividad molar ( ε ) y la longitud del camino ( L ). Normalmente, ε se expresa con unidades de L mol -1 cm -1 , L tiene unidades de cm y c se expresa con unidades de mol L -1 . Como consecuencia, A no tiene unidades.
A veces se utiliza AU para indicar unidades arbitrarias o unidades de absorbancia, pero esto se ha desaconsejado enfáticamente.
La ley de Beer-Lambert es especialmente útil para obtener la concentración de una sustancia si existe una relación lineal utilizando un conjunto medido de soluciones estándar que contienen la misma sustancia. La ecuación 1 muestra las relaciones matemáticas entre la absorbancia, la ley de Beer-Lambert, las intensidades de luz medidas en el instrumento y la transmitancia.
Algunos ejemplos resueltos en:
Ejercicios :
https://www.surcosistemas.com.ar/virtual/ebooks/QUIMICA_ANALITICA_Novena_edicion.pdf
Referencias
BYJU'S. (2019). What
is Colorimeter? Retrieved from https://byjus.com/chemistry/colorimeter/
Raja , P., & Barron, A. (2016, Julio 13). LibreTexts
Chemisty. Retrieved from UV-Visible Spectroscopy:
https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Analytical_Chemistry/Physical_Methods_in_Chemistry_and_Nano_Science_(Barron)/04%3A_Chemical_Speciation/4.04%3A_UV-Visible_Spectroscopy
Tom, J. (2021,
Junio 30). UV-Vis Spectroscopy: Principle, Strengths and Limitations and
Applications. Retrieved from Technology Networks:
https://www.technologynetworks.com/analysis/articles/uv-vis-spectroscopy-principle-strengths-and-limitations-and-applications-349865
Wenzel, T. (2018).
LibreText Chemestry. Retrieved from 1.2: Beer’s Law:
https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Analytical_Chemistry/Molecular_and_Atomic_Spectroscopy_(Wenzel)/1%3A_General_Background_on_Molecular_Spectroscopy/1.2%3A_Beers_Law
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